CN212236085U - 一种工况多变的组分深度分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种工况多变的组分深度分离系统，包括预分离罐、收集罐、挤压破乳装置、离心机和回收罐，离心机与循环罐相连通，预分离罐与分离液进管相连通，分离液进管、循环罐分别通过相应的插入管伸入至预分离罐底部；预分离罐内设有第一挡板和第二挡板，预分离罐通过虹吸管与重组分收集罐相连通；收集罐包括轻组分收集罐和重组分收集罐，预分离罐分别与轻组分收集罐、重组分收集罐相连通，轻/重组分收集罐顺次与挤压破乳装置、离心机、回收罐相连通，重/轻组分收集罐与循环罐相连通。本实用新型可大幅提高生产效率、提高分离彻底性、缩小设备尺寸；同时使系统操作的稳定性、进料适应能力大幅度提高，可满足较大范围波动的工况。

Description

一种工况多变的组分深度分离系统

技术领域

本实用新型属于化工生产技术领域，具体的说是涉及一种工况多变的组分深度分离系统。

背景技术

两相及多相液相混合物分离是现代化工生产过程必备的处理技能。对于需要高度分离的液相混合，现代化工多采用精馏的方式分离提纯，显著特点是分离产品精度高，但能耗高、自控系统涉及的一次投入大。对于分离精度要求不很高的应用领域，尤其是液相自身相容性较低的混合系统的分离，更多的会应用重力场作用下的密度差静置分离；显著特点是能耗低，但占用场地较大，同时对于有部分乳化的情况下，无法达到非常有效的分离。高速离心机在工业分离领域的应用，通过离心力取代原始的重力场作用，完美地解决了场地受限的问题，极大地提高生产效率。

现有液-液分离工艺中，工业离心机通过强大的离心力作用在机器内部形成模糊物理分离界面的运行原理，决定了其运行时，对于进料状态的工况要求很高，进料端流量、组分的变化都可能造成已经形成的有效分离界面的破坏，从而导致离心分离后某一侧分离纯度的急剧变化，造成跑料等可能存在的物料污染或环境污染事故。限制了离心机在工况多变下的领域使用。同时离心机自身无法对已经形成的乳化状态下的物料进行彻底分离，甚至对于物料本身乳化敏感度高的工况，离心机正常运行状态下在很短的时间内将物料切向零速度达到与离心机转速同等过程，存在非常大的切向剪切力，加剧物料的乳化过程，使原本在重力场可分离的物料出现局部乳化而无法分离，更进一步限制了工业离心机的应用领域。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种工况多变的组分深度分离系统。

本实用新型利用两种液相组分不完全互溶，可大部分静置分层的分离原理，通过设计引入高效离心分离装置与强制破乳装置达到高效分离的目的，可大幅提高生产效率、提高分离彻底性、缩小设备尺寸；同时本实用新型通过巧妙的设计，只需要提高离心机一侧出口分离程度保证分离精度，不需要顾忌另外一侧的运行状况，使系统操作的稳定性、进料适应能力大幅度提高，可满足较大范围波动的工况。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种工况多变的组分深度分离系统，所述系统包括预分离罐、收集罐、挤压破乳装置、离心机和回收罐，所述离心机还与循环罐相连通，所述循环罐与预分离罐相连通；所述预分离罐与分离液进管相连通，所述分离液进管、循环罐分别通过相应的插入管伸入至预分离罐底部；所述预分离罐内设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板靠近插入管位置，第二挡板靠近重组分集结包一侧，所述预分离罐通过虹吸管与重组分收集罐相连通；所述收集罐包括轻组分收集罐和重组分收集罐，所述预分离罐分别与轻组分收集罐、重组分收集罐相连通，所述轻组分收集罐或重组分收集罐与挤压破乳装置相连通，所述挤压破乳装置与离心机相连通，所述离心机与回收罐相连通；所述重组分收集罐或轻组分收集罐与循环罐相连通。

作为优选，所述离心机与离心机渣罐相连通。

作为优选，所述轻组分收集罐带有搅拌装置，重组分收集罐不带搅拌装置；所述轻组分收集罐、回收罐分别与系统回收装置相连通。

作为优选，所述重组分收集罐带有搅拌装置，轻组分收集罐不带搅拌装置；所述重组分收集罐、回收罐分别与系统回收装置相连通。

作为优选，带搅拌的轻组分收集罐或带搅拌重组分收集罐的顶部设有罐底入管口。用于破乳剂加料系统；基于大气腿的原理，通过系统压力平衡计算与自动控制设置，可实现破乳剂加料预配制过程与大气相通的零压力设计，安全与操作便利性得到极大的提高。

作为优选，所述第一挡板包括上部板和下部板，所述上部板为无孔板结构，下部板为多孔板结构；所述上部板与下部板采用螺栓连接。

作为优选，所述第二挡板为无孔板结构。

作为优选，所述循环罐相应的插入管与分离液进管相应的插入管之间平行设置。分离液和离心机出口至预分离罐采用管口相较于其他管口为并联式，尽量保证挡板之间的距离来保证分离液的静置时间。

作为优选，所述离心机内设有比重环，所述比重环的内直径控制在 90～110mm。离心机模糊物理界面截取时向目标分离侧倾斜保证分离精度，在此设计下三相离心机即使发生运行工况的变化亦不会出现分离精度的问题、不会出现另一侧跑料的环境污染问题。

作为优选，所述预分离罐为卧罐结构，所述收集罐为立罐结构，所述离心机为三相离心机。

本实用新型使用时：待分离混合物先进入预分离罐进初步沉降预分离，将游离组分静置分离成相；预分离罐内设计挡板结构，挡板一侧走密度较高的组分，通过密度计算，利用伯努利方程式计算密度差设计虹吸高度；通过虹吸分离的高密度组分，如果需要深度分离，可进入深度离心或精馏装置；轻组分通过浮力的作用跨过挡板上沿，形成轻组分相后去进一步深度分离处理；经过预分离后的组分，分别形成的两相，在进入后续的深度分离时，组分组成基本稳定；通过挤压破乳装置后，在前后压差作用下经过树脂类填料将部分乳化组分分成两相进入离心机进行深度分离；离心机比重设计根据工况要求回收集中相做轻相回收设计，另一侧重新进入预分离罐参与预分离，在系统内循环，最终从集中的预分离排口去后续工序。系统内可能存在的少量固体或糊状杂质，均通过离心机的排渣分离处理，能使系统纯度在运行时间累积过程中越来越高。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型对进料组分比例无要求，将破乳和分离相结合，具有自控程度高、操作稳定性强的特点，同时所需占地面积较小、设备一次投资成本低、运行经济效益显著，除此外处理出来的具备回收价值的物料，可实现完成回收；

(2)离心机可根据需要分离出高纯度轻组分或重组分，经系统设计的未分离彻底的组分，循环破乳后再次进入预分离罐参与预分离，实现组分彻底分离；

(3)本实用新型能在充分保证分离精度的前提下大幅度降低离心机运行要求，可完全简化离心机的设计，大幅度降低设备成本，提高运行可靠性，根据系统设计仅要求一侧出口合格即可，另一侧出口物料可进入装置进行循环处理。

附图说明

图1是本实用新型预分离罐的结构示意图；

图2是本实用新型进料组分与进料量均不稳定工况下对轻组分一侧有较高分离要求的系统结构示意图；

图3是本实用新型进料组分与进料量均不稳定工况下对重组分一侧有较高分离要求的系统结构示意图；

图4是本实用新型离心机比重环的结构示意图。

图示说明：1-预分离罐、2-轻组分收集罐、3-重组分收集罐、4-挤压破乳装置、5-离心机、6-回收罐、7-循环罐、8-分离液进管、9-第一挡板、10-第二挡板、 11-离心机渣罐、12-比重环、13-虹吸管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对实用新型作进一步说明，但实用新型的保护范围并不限于此。本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或者替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。

实施例1

工况多变的轻组分深度分离

参照图1，图2，图4，一种工况多变的组分深度分离系统，所述系统包括预分离罐1、轻组分收集罐2、重组分收集罐3、挤压破乳装置4、离心机5和回收罐6，所述预分离罐1为卧罐结构，轻组分收集罐2、重组分收集罐3为立罐结构，所述离心机为三相离心机。所述三相离心机5还与循环罐7相连通，所述循环罐7与预分离罐1相连通；所述预分离罐1与分离液进管8相连通，所述分离液进管8、循环罐7分别通过相应的插入管伸入至预分离罐底部，通过插入管直接进入预分离卧罐底部，消除从预分离卧罐顶部直接进入引起的静电，同时避免造成液面波动；循环罐7相应的插入管与分离液进管8相应的插入管之间沿纵向平行设置，保证挡板之间的距离来保证分离液的静置时间。

所述预分离罐1内设有第一挡板9和第二挡板10，所述第一挡板9靠近插入管位置，第二挡板10靠近重组分集结包一侧；所述第二挡板10的高度高于第一挡板9，第一挡板9包括上部板和下部板，所述上部板为无孔板结构，下部板为多孔板结构，多孔板可以起到缓流的作用；所述上部板与下部板采用螺栓连接，方便后期进釜作业清理和控制挡板高度；所述第二挡板10为无孔板结构，可以用来隔离分离轻重组分。所述预分离罐通过虹吸管13与重组分收集罐3相连通。

所述预分离罐1分别与轻组分收集罐2、重组分收集罐3相连通，所述轻组分收集罐2带有搅拌装置，重组分收集罐3不带搅拌装置，带搅拌的轻组分收集罐的顶部设有罐底入管口，用于破乳剂加料；所述轻组分收集罐2与挤压破乳装置4相连通，所述挤压破乳装置4与三相离心机5相连通，所述三相离心机5 与回收罐6相连通；所述重组分收集罐3与循环罐7相连通；所述轻组分收集罐 2、回收罐6分别与系统回收装置相连通；所述三相离心机5与离心机渣罐11相连通。

所述三相离心机内设有比重环12，根据装置的处理量和对轻相要求，所述比重环的内直径控制在90～110mm；经过特别设计的比重环，离心机模糊物理界面截取时向目标分离侧倾斜保证分离精度，在此设计下三相离心机即使发生运行工况的变化亦不会出现分离精度的问题、不会出现另一侧跑料的环境污染问题。

本实施例中选取环己烷、水、分散剂系统的分离，其中环己烷与水存在部分的乳化，环己烷组分比例在20％～80％范围内波动、中间值假定50％、相对密度 0.78，总进料量0.5～5t/h、中间值假定3t/h，分散剂作用下水部分乳化进入环己烷轻组分，经测试的环己烷与水的乳化中间态相对密度0.79～0.85；目标实现环己烷的深度分离后可回收、污水达标排放；本实施例可将环己烷拓展至专利描述中所述轻组分、可将水拓展至专利描述中所述重组分。

系统启用运行，先自循环罐7或分离液进管8(待分离液入口)注水至预分离罐1，待预分离罐1液位上涨至超过虹吸口高度时，虹吸形成重组分收集罐3 见水完成预备过程。后按照正常处理过程自分离液进管8开始往预分离罐1进料完成待分离物料预分离过程。

设计预分离罐储料量15m³以确保充分的预分离时间。完成预分离的轻组分跨过挡板上沿进入轻组分收集罐2、重组分进虹吸后进入重组分收集罐3，根据虹吸计算，使必须完全集结的重组分才能进入重组分收集罐3，重组分收集罐3 收集的水通过泵送至外界污水处理，设计泵输送能力达到最大进料时水含量最大值，即泵输送能力4t/h，后设计泵变频与重组分收集罐3液位自控关联，可完全处理进料工况复杂多变的状态导致重组分收集罐3分离水的变量。部分乳化的中间态在时间积累过程中会跨过挡板上沿进入轻组分收集罐2，轻组分收集罐2在搅拌下形成相对稳态组分，通过泵组经强制物理挤压破乳后送料进入三相离心机 5，该送料泵设计时按照中间取值做适量放大，在此实施例中计算按照2～3t/h进料量进入三相离心机5分离；自控时按照下液位保护设计，低于控制下线轻组分收集罐2物料开始进入自循环状态，此时离心机处于湿待机状态，待轻组分收集罐2液位恢复至设定控制恢复液位时，重新进入正常工作，此举目的是在于最大限度保护离心机进料量稳定，能保证设备正常运行与轻相端稳定。同时该系统设计操作时也可以通过轻组分收集罐2液位的缓冲能力，让离心机处于20％±偏差进料范围波动，取轻组分物料时将轻相背压调高至轻相在波动范围上下限值时仍达到分离纯度要求值即可。

三相离心后的少量固体废弃物收集至固定容器定期处理。重组分及残留的少量难挤压破乳乳液收集进循环罐7，在搅拌下按照物料属性加入破乳剂，本实施例中典型的破乳剂如CaCl₂溶液完成进一步化学破乳过程后重新进入预分离罐1 参与预分离。依次循环完成彻底的环己烷深度分离回收，同时外排的污水达到排放要求。

实施例2

工况多变的重分组深度分离实施操作

参照图1、图3、图4，一种工况多变的组分深度分离系统的其他结构参照实施例1，所述预分离罐1分别与轻组分收集罐2、重组分收集罐3相连通，所述轻组分收集罐2不带有搅拌装置，重组分收集罐3带有搅拌装置，带搅拌的重组分收集罐的顶部设有罐底入管口，用于破乳剂加料；所述重组分收集罐3与挤压破乳装置4相连通，所述挤压破乳装置4与三相离心机5相连通，所述三相离心机5与回收罐6相连通；所述轻组分收集罐2与循环罐7相连通；所述轻重组分收集罐3、回收罐6分别与系统回收装置相连通；所述三相离心机5与离心机渣罐11相连通。

本实施例中选取环己烷、水、增容剂系统的分离，其中环己烷在增容剂作用下部分进入水相使污水无法达到外排条件；进料污水中水组分比例在20％～80％范围内波动、中间值假定50％，总进料量0.5～5t/h、中间值假定3t/h，增容剂作用下环己烷进入污水组分，经测试的环己烷与水的增溶中间态相对密度 0.88～0.95；目标实现污水COD达标排放、环己烷回收；本实施例可将环己烷拓展至专利描述中所述轻组分、可将水拓展至专利描述中所述重组分，工艺流程如图3所示。

系统启用运行，先自循环罐7或分离液进管8(待分离液入口)注水至预分离罐1，待预分离罐1液位上涨至超过虹吸口高度时，虹吸形成，重组分收集罐 3见水完成预备过程。后按照正常处理过程自待分离液入口开始往预分离罐1进料完成待分离物料预分离过程。

设计预分离卧罐储料量30～45m³以确保充分的预分离时间。完成预分离的轻组分环己烷完成集结富集后跨过挡板上沿进入轻组分收集罐2、重组分的水以及环己烷与水的中间过渡态经虹吸后进入重组分收集罐3。轻组分收集罐2收集的环己烷通过泵送至装置系统回收，设计泵输送能力达到最大进料时环己烷含量最大值，即泵输送能力4t/h，设计泵变频与B罐液位自控关联，可完全处理进料工况复杂多变的状态导致轻组分收集罐2分离环己烷的变量。部分增容的中间态在时间积累下，中间态的厚度增加在静压力作用下经虹吸管线进入重组分收集罐 3，重组分收集罐3在搅拌下形成相对稳态组分。通过泵组经物理挤压强制分相后送料进入三相离心机5，该送料泵设计时按照中间取值做适量放大，在此实施例中计算按照2～3t/h进料量进入三相离心机5分离；自控时按照下液位保护设计，低于控制下线重组分收集罐3物料开始进入自循环状态，此时离心机处于湿待机状态，待重组分收集罐3液位恢复至设定控制恢复液位时，重新进入正常工作，此举目的是在于最大限度保护离心机5进料量稳定，能保证设备正常运行与重相端稳定。同时该系统设计操作时也可以通过重组分收集罐3液位的缓冲能力，让离心机处于20％±偏差进料范围波动，取重组分物料时将重相背压调高至重相在波动范围上下限值时仍达到分离纯度要求值即可。

三相离心后的少量固体废弃物收集至固定容器定期处理。轻组分环己烷及残留的少量难分离中间态收集进循环罐7，在搅拌下按照物料属性加入破乳剂，溶液完成进一步相分层过程后重新进入预分离罐1参与预分离。依此循环完成彻底的污水达标排放，同时实现环己烷回收。

Claims (10)

1.一种工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述系统包括预分离罐、收集罐、挤压破乳装置、离心机和回收罐，所述离心机还与循环罐相连通，所述循环罐与预分离罐相连通；所述预分离罐与分离液进管相连通，所述分离液进管、循环罐分别通过相应的插入管伸入至预分离罐底部；所述预分离罐内设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板靠近插入管位置，第二挡板靠近重组分集结包一侧，所述预分离罐通过虹吸管与重组分收集罐相连通；所述收集罐包括轻组分收集罐和重组分收集罐，所述预分离罐分别与轻组分收集罐、重组分收集罐相连通，所述轻组分收集罐或重组分收集罐与挤压破乳装置相连通，所述挤压破乳装置与离心机相连通，所述离心机与回收罐相连通；所述重组分收集罐或轻组分收集罐与循环罐相连通。

2.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述离心机与离心机渣罐相连通。

3.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述轻组分收集罐带有搅拌装置，重组分收集罐不带搅拌装置；所述轻组分收集罐、回收罐分别与系统回收装置相连通。

4.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述重组分收集罐带有搅拌装置，轻组分收集罐不带搅拌装置；所述重组分收集罐、回收罐分别与系统回收装置相连通。

5.根据权利要求3或4所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：带搅拌的轻组分收集罐或带搅拌重组分收集罐的顶部设有罐底入管口。

6.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述第一挡板包括上部板和下部板，所述上部板为无孔板结构，下部板为多孔板结构；所述上部板与下部板采用螺栓连接。

7.根据权利要求6所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述第二挡板为无孔板结构。

8.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述循环罐相应的插入管与分离液进管相应的插入管之间平行设置。

9.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述离心机内设有比重环，所述比重环的内直径控制在90～110mm。

10.根据权利要求1所述工况多变的组分深度分离系统，其特征在于：所述预分离罐为卧罐结构，所述收集罐为立罐结构，所述离心机为三相离心机。

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